2.5.1 Рост концентрации диоксида углерода и парниковых газов. Глобальное потепление климата

Состояние биосферы в масштабе геологического времени остается достаточно стабильным: оно непрерывно меняется под влиянием естественных экологических факторов, но возвращается в исходное состояние, т.е. представляет собой устойчивую систему.

Изменения под воздействием антропогенных факторов, в отличие от естественных, развиваются очень быстро.

Важную роль в природных процессах играет углеродный цикл, в частности, выброс так называемых "парниковых газов" в атмосферу. Прежде всего это - диоксид углерода (С0₂), баланс которого определяется разностью между первичной продукцией и поглощением.

В настоящее время углеродный цикл наземных экосистем находится в относительном равновесии по отношению к поглощению и эмиссии. Однако в XXI веке вследствие роста населения и соответственно выбросов в атмосферу, сведения лесов может появиться избыток диоксида углерода.

Диоксид углерода и некоторые другие газы (метан, галогенуглеводороды), содержание которых в атмосфере чрезвычайно мало ("малые газы"), обладают свойством не пропускать инфракрасное излучение Земли (в диапазоне 700 - 1400 нм), в связи с чем тепло удерживается у земной поверхности. Это явление и получило название парникового эффекта

Диоксид углерода поглощает примерно 22% инфракрасного излучения Земли; гораздо меньший вклад в парниковый эффект вносят другие парниковые газы: метан СН₄ (также компонент углеродного цикла), озон 0₃ фреоны (углеводороды, содержащие галогены - фтор, хлор или бром)' оксиды азота и некоторые другие соединения.

Измерения показали, что содержание диоксида углерода и других парниковых газов в земной атмосфере монотонно возрастало с момента изобретения тепловых машин и начала мировой промышленной револю­ции. Количество диоксида углерода в атмосфере уже увеличилось на 1/3 и по прогнозам через 100 лет увеличится в 2 раза по сравнению с периодом до промышленной революции. К концу XX века содержание диоксида углерода достигло величины 368.4 частей на миллион.

Недавно обнаружен еще один класс загрязняющих веществ атмосферы - ряд менее распространенных газов, столь же активно поглощающих инфракрасные излучения. Это, например, элегаз (SР4), который исполь­зуется как изолятор в кабелях, конденсаторах и другой высоковольтной аппаратуре. Содержание этого антропогенного газа в атмосфере крайне невелико (4 части на 1 трлн.), но по способности задерживать инфракрасное излучение он превосходит С02 в 22 тыс. раз. Такой же способностью обладает антропогенный газ SР5СР3 (трифторметил-пентахлорид). В 60-х годах в Антарктиде в фирнах (пробах льда) его не было, а в 1999 г. - уже появилось 0,12 частей на 1 трлн. Таким образом, прирост составляет 6% ежегодно. Срок его существования - примерно 1 тыс. лет. Помимо парниковых газов нагреву нижних слоев атмосферы способствуют пары воды, которые поглощают около 62% инфракрасного излучения Земли.

Парниковый эффект - главный виновник ожидаемого глобального потепления. Потепление представляет серьезную опасность: подъем уровня Мирового океана и сокращение поверхности суши, проблемы в сельскохозяйственной отрасли, усиление циклонической активности, ураганов, паводков и других стихийных явлений. Согласно некоторым прогнозам, к концу столетия количество атмосферного углерода возрастет почти втрое, средняя глобальная температура - на 5°С, а на поверхности суши - на 8°С. Согласно материалам Женевской Декларации министров, средняя глобальная температура земной поверхности к 2100 году может повыситься на 2°С (от 1 до 3,5°С) по сравнению с уровнем 1990 года, средний уровень моря может вырасти к тому же сроку на 50 см (от 15 до 95 см). При такой перспективе обширные пространства (прежде всего в тропических зонах) могут стать не пригодными для всех форм жизни.

Ожидаемые климатические изменения окажут серьезное и в основном отрицательное влияние на многие экосистемы и социально-экономические секторы. Потепление может нарушить сложившиеся закономерности функционирования экосистем, скажется на природных ресурсах, затронет различные элементы инфраструктуры и условия жизни людей. К числу главных "мишеней" можно отнести продовольственное снабжение и водные ресурсы, а также здоровье людей.

В отдельных регионах может увеличиться нехватка продовольствия, что приведет к недоеданию и голоду. В некоторых случаях последствия могут оказаться необратимыми.

Наиболее уязвимыми по отношению к изменению климата являются развивающиеся страны и малые островные государства.

Опасность глобального потепления для здоровья человека оценить чрезвычайно сложно. К числу положительных последствий относят возможное падение смертности от простудных заболеваний и переохлаждения в районах с холодным климатом (примерно на 20 тыс/год). Уменьшится число простудных заболеваний (с 8,2 млн. в 90-е годы до 6,1 млн. к 2050 г.).

Масштабы отрицательных последствий могут быть несравнимо более существенными. К прямым последствиям для здоровья специалисты ВОЗ относят рост сердечно-сосудистых, респираторных и некоторых других забо­леваний. В результате повышения интенсивности и продолжительности теп­ловых и других природных аномалий (наводнений, ураганов и т. д.) может увеличиться число психологических расстройств, травм. Прогнозируют рост паразитарных заболеваний: клещевого энцефалита, болезни Лайма, малярии, лихорадок разного типа.

Потепление климата, уменьшение запасов питьевой воды необходимого качества, распространение микроорганизмов приведут к повышению заболеваемости холерой, сальмонеллезом и другими инфекционными болезнями, причем могут появиться новые не известные пока болезнетворные штаммы микроорганизмов.

Возбудители и переносчики паразитарных заболеваний, такие как малярийный комар и брюхоногие моллюски (переносчики шистоматоза) захватят новые ареалы обитания, и соответственно увеличится риск заболеваемости. Сейчас примерно 45% населения Земли проживают в районах распространения малярии. По прогнозам, показатель заболеваемости может увеличиться до 60%.

Согласно мнению английских экспертов, в Великобритании прогнозируемое повышение температуры за 50 лет в среднем на 2°С может привести к тому, что на большей части страны к 2080 году снова появится малярия. Пищевых отравлений в Великобритании станет больше по крайней мере на 10 тыс/год, смертей от рака кожи - на 5 тыс., случае катаракты - на 2 тыс.

Риск для здоровья людей можно снизить, если развивать стратегию адаптации, совершенствовать службы здравоохранения в этом направлении.

Проблеме изменений климата уделяется особое внимание мировой общественности и специалистов. Важным шагом в мировой экологической политике является Рамочная конвенция ООН об изменении климата (РКИК ООН), принятая в 1992 г на Конференции по окружающей среде и развитию (КОСР-2) в Рио-де-Жанейро.

Главная цель РКИК ООН - обеспечить стабилизацию концентраций парниковых газов в атмосфере, на таких уровнях, которые позволят пре­дотвратить опасные последствия вмешательства человека в климатическую систему. Накопление парниковых газов в атмосфере должно происходить достаточно медленно, чтобы экосистемы смогли естественным путем адаптироваться к изменившимся климатическим условиям. Тем самым можно будет предотвратить угрозу нарушений в производстве продуктов питания и обеспечить устойчивость экономического развития.

Страны, подписавшие Конвенцию (154 государства), взяли на себя обязательства готовить, периодически обновлять и публиковать национальные отчеты по антропогенным выбросам газов, используя при этом сопоставимые и согласованные методики, а также регулярно корректировать национальные и региональные программы, предусматривающие принятие мер по предотвращению изменений климата путем контроля за антропогенными источниками выбросов и предотвращения накопления всех парниковых газов.

Озабоченность мирового сообщества возможными изменениями климата выливается в организацию различных институтов, систематическое проведение конференций по климату, выполнение исследовательским программ. Из числа ведущих ученых-климатологов и технических экспертов образована Межправительственная группа экспертов по измене­нию климата (МГЭИК). В Женеве принята Декларация министров, в которой подчеркивается необходимость скорейшего ужесточения требований к контролю за выбросами в период после 2000 г. Для того, чтобы стабилизировать атмосферные концентрации парниковых газов на уровне, в два раза превышающем соответствующие уровни доиндустриальной эпохи, необходимо снизить глобальные выбросы более чем в два раза.

За период, прошедший после принятия РКИК ООН, знания о процессах влияющих на климат, существенно расширились. Ряд положений стереотипа парникового эффекта был подвергнут сомнению в результате выполнения Международной геосферно - биосферной программы (МГБП). Важной вехой в мировой экологической политике была третья сессия Конференции сторон-участников РКИК ООН в Киото (Япония) в 1997 году. В ней участвовали 159 сторон. Был подписан протокол, главной идеей которого является изменение существующей тенденции на обратную после 200 лет непрерывного роста выбросов вследствие использования природных горючих материалов. Этот документ известен как "Киотский протокол". Его принципиально важные положения сводятся к следующему.

1. Центральная задача - снижение общих выбросов долгоживущих парниковых газов индустриально развитыми странами (в протоколе их перечислено 39). Общий выброс представляет собой разницу между выбросами от источников и поглощением стоками (при этом к стокам относятся только новые лесные посадки и восстановленные леса, начиная с 1990 г.; сведение лесов считается источником выбросов).

Использование невозобновляемых ресурсов, которые являются ограниченными, растет экспоненциально, так же как и население Земли, поэтому их использование должно находиться в состоянии равновесия с возможностями воспроизводства и переработки отходов экосистем. Для большинства "малых газов" возможность переработки уже сейчас меньше желаемой.

Снижение должно составить в среднем 5,2% по отношению к уровню 1990 г или с уровнем 1995 г для газов: гидрофторуглеводородов, перфторуглеводородов и гексафторида серы (в эквивалентах диоксида углерода).

2. Намечены количественные параметры снижения выбросов с учетом возможностей различных стран: для стран Евросоюза, Швейцарии и некоторых стран с переходной экономикой (всего 27 сторон-участников) - 8%;для США - 6%; для Венгрии, Канады, Польши и Японии - 7%; для Хорватии - 5%.

Ряд стран могут оставить общие выбросы на прежнем уровне. Это - Россия, Украина, Новая Зеландия. Более того, Австралия, Исландия и Норвегия даже могут дополнительно повысить их на 1%, 8% и 10% соответственно.

Следует отметить, что выбросы диоксида углерода с территории России снизились с 500 млн. т в 1992 году до 390 млн. т в 1997 году, что составля­ет 39% от выбросов с территории СССР в 1990 году (10,1 млрд. т)¹. Важно,

__________________________

¹Парниковый эффект и климат. Комментарий Тарко А.М. Экология и жизнь. 2001. № 1. С.48 - 51.

что Россия занимает лидирующее положение по поглощению выбросов, т.е. играет важную роль в балансе углерода в биосфере.

Вопросы, поставленные Киотским протоколом, активно обсуждаются. Главным предметом разногласий является то, что величины эмиссии и следовательно, вклад в общий выброс существенно отличаются для разных стран (таблица 2.5.1)

Таблица 2.5

Эмиссия парниковых газов в некоторых странах¹

* Данные по состоянию на 1987 г.

Сильно отличается и динамика выбросов во времени. В развитых странах при устойчивом и довольно быстром росте ВНП пик загрязнения диоксидом углерода пришелся на середину 70-х годов.² Уже в начале 80-х годов по мере развертывания постиндустриальных тенденций кривая эмиссии стабилизировалась и даже поползла вниз. В странах с плановой экономикой, в большинстве развивающихся государств выбросы диоксид углерода растут пропорционально увеличению ВНП и численности населения.

Большинство специалистов полагают, что если решения будут реализованы, то к 2008 - 2012 гг. суммарные выбросы диоксида углерода, метана, диоксидов азота, фторуглеводородов, гексафторида серы удастся снизить до установленного уровня - 5,2% к 1990 г. Согласно другой точке зрения, планируемый уровень сокращения недостаточен и, чтобы приостановить процесс глобального потепления, надо снизить выброс диоксида углерода к 2050 г на 70% по отношению к нынешним показателям.

Вследствие большой инерции энергетической отрасли тенденции ее развития не могут смениться быстро - за одно десятилетие. В этой связи примерно к 2012 г. Киотский протокол, вероятнее всего, вступит в рез­кое противоречие с действительностью и будет как-то пересмотрен. По мере снижения запасов ископаемого топлива и ухудшения его качества придется переходить на новые источники энергии. В случае ожидающе­гося потепления климата энергопотребление повысится за счет использования кондиционеров воздуха в помещениях. Выход из ситуации видят в ускоренном развитии ядерной индустрии. Особую позицию заняли США, которые до сих пор не подписали Киотский протокол, так как хотели бы, чтобы ограничения касались всех стран мира, в том числе и развивающихся стран. Энергетика США, меньше чем энергетика европейских стран, ориентирована на АЭС.

Представители топливной промышленности США стараются доказать

пользу (удобрительный эффект) антропогенного диоксида углерода для лесов планеты (в 2000 году создан фильм об этом - "Зеленая планета"). Они доказывают, что диоксид углерода в виде углерода в конечном итоге вернется в запасы угля на Земле. В США в настоящее время выполняется исследовательская программа с целью оценить влияние С0₂ на леса, для чего газ закачивают в леса. Уже установлено, что сосна растет примерно на 30% быстрее под влиянием диоксида углерода.

По данным Бюллетеня Американского метеорологического общества, глобального потепления вообще не будет из-за уменьшения облачного покрова над Тихим океаном и оттока тепла, что может в 3 раза уменьшить предсказываемый рост температуры.³

_________________________

¹Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать?

²Котляков В.М. Глобальные изменения. Экология и жизнь. 2001. № 1.

³Данные NASA

Ряд решений Киотского протокола рассматривается как прорыв: возможность торговли квотами на выброс (реализуется принцип "загрязнитель платит"), установление механизма "чистого развития", помощь странам, которые не вошли в перечень индустриально развитых (малые островные государства - 36 стран, некоторые страны на стадии перехода к рыночной экономике, в том числе Российская Федерация).

Несмотря на ряд неясностей в проблеме глобального потепления климата, неоспоримым фактом остается то, что 20-е столетие оказалось самым теплым в минувшем тысячелетии, а 90-е годы стали самым теп­лым десятилетием века. Налицо и тот факт, что во многих районах кли­мат стал нестабильным. Однако в последнее десятилетие XX века содер­жание диоксида углерода в атмосфере росло значительно медленнее: в течение 1980 - 1993 г.г. в среднем на 0,15% в год. Возможно, это связано с вариациями его оттока из океана; именно океан определяет содержание С0₂ в атмосфере. По данным акад. РАН М.Е.Виноградова, 98% С0₂ на Земле сосредоточено в океане, который служит главным источником (на экваторе) и резервуаром (поглотителем) атмосферного С0₂

Исследования последних лет показали, что климатическая система - одна из сложнейших на Земле, и особенности климата определяются прежде всего циркуляцией вод океана, изменения которой происходят в масштабах десятилетий (не так медленно, как считалось ранее). Она, в частности, является критической для климата европейской части России. Для прогнозирования возможных изменений климата, в том числе глобального потепления, необходимы дальнейшие взаимосвязанные иссле­дования в различных экосистемах: океане, атмосфере, криосфере, почве, лесах.